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Dokumentenidentifikation DE202007012971U1 20.12.2007
Titel Vorrichtung zur Wärmeabfuhr eines Chips
Anmelder Tsai, Hua-Hsin, Linnei, Yunlin, TW
Vertreter Kador & Partner, 80469 München
DE-Aktenzeichen 202007012971
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 20.12.2007
Registration date 15.11.2007
Application date from patent application 17.09.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/36(2006.01)A, F, I, 20070917, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/473(2006.01)A, L, I, 20070917, B, H, DE   H05K 7/20(2006.01)A, L, I, 20070917, B, H, DE   

Beschreibung[de]
[Technisches Gebiet]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr eines Chips nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[Stand der Technik]

Zur Abführung der Wärme von einem Chip, die während seines Betriebs erzeugt wird, setzt man eine Wärmeabfuhr-Vorrichtung 1 ein, die typisch wie in 1 gezeigt eine Grundplatte und eine Vielzahl von darauf vertikal aufstehenden, zueinander parallel angeordneten Kühlrippen 11 aus einem thermisch gut leitenden Werkstoff, z.B. Aluminium aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Kühlrippen 11 ein Luftkanal gebildet ist. Zur Zwangskühlung ist auf den Kühlrippen 11 ein Ventilator (nicht gezeigt) vorgesehen.

Nachteilig ist bein der bekannten Vorrichtung, daß die Luft in den durch die Kühlrippen 11 begrenzten Luftkanälen nur mit den beiden Seiten jeder Kühlrippe in Kontakt kommt und die Luftkanäle nicht miteinander kommunizieren. Darüber hinaus erfolgt der Wärmeabfuhr von der Grundplatte ausschlißlich durch den Luftfluß in den Luftkanäle. Infolgedessen ist die Wirksamkeit der Wärmeabführung sehr begrenzt und für die immer zunehmende Behandlungsgeschwindigkeit und damit die entsprechend immer höhere Wärmeentwicklung der heutigen Chips nicht mehr ausreichend.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aiufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips bereitzustellen, mit der die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden.

Damit die Strukturierung über eine größere Oberfläche mit der Kühlluft kontaktieren kann und die dadurch gebildeten Luftkanäle miteinander komunizieren können, ist die Strukturierung durch Erhebungen gebildet, die in parallelen Reihen beabstandet hintereinander angeordnet sind, wodurch zwischen den Erhebungen kreuzenden Längs- und Querluftkanäle gebildet sind. Darüber hinaus sind in der Grundplatte Flüssigkeitskanäle für eine Kühlflussigkeit eingebohrt, über die eine Kühlflüssigkeit geleitet wird. Auf diese Weise erhält ein Chip eine zweifache Kühlung, sowohl durch Luft als auch durch eine Kühlflüssigkeit. Infolgedessen wird die Wirksamkeit der Kühlung erheblich erhöht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

[Zeichnung]

1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips,

2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips,

3 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips in 2,

4 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips in 2,

5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der Vorrichtung in 4,

6 entsprechend 4 einen Längsschnitt einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer hoch thermisch leitenden Beschichtung,

7 entsprechend 5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der Vorrichtung in 6,

8 entsprechend 4 einen Längsschnitt einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit erhöhten außenrandigen Erhebungen,

9 entsprechend 6 und 8 eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sowohl einer hoch thermisch leitenden Beschichtung als auch erhöhten außenrandigen Erhebungen,

10 entsprechend 5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt einer Variante der Vorrichtung mit porösen keramischen Körnern in den Kühlerhebungen, und

11 entsprechend 7 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt einer Variante der Vorrichtung mit porösen keramischen Körnern in den Kühlerhebungen.

[Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen]

2 bis 5 illustrieren eine Vorrichtung 2 zum Wärmeabfuhr eines an ihrer Unterseite 211 anliegenden Wärmeerzeugers 3 wie eines Chips, oder eines elektronischen Bauteils, die wie der Stand der Technik eine Grundplatte 21 aus einem gut wärmeleitenden Material mit einer auf ihrer Oberseite 212 angeformten, die Oberfläche vergrößerende Strukturierung 22 und einen darüber angeordneten Ventilator 4 aufweist. Die Besonderheiten der Erfindung bestehen darin, daß die Strukturierung 22 aus einer Vielzahl von in Reihen beabstandet hintereinander angeordneten Erhebungen 22 besteht, und daß in der Grundplatte 21 eine Anzahl von Durchbohrungen 213 eingearbeitet sind, in den jeweils eine Kühlrohr 23 für eine Kühlflüssigkeit unter Bildung eines Kühlflüssigkeitskanals eingeführt ist. Wegen der hocken thermischen Wärmeleitfähigkeit des keramischen Materials wird die Wärme schnell vom Chip 3 auf die Vorrichtung 2 abgeleitet und auf die großen Oberflächen der Erhebungen 22 verteilt und durch den vom Ventilator 4 angeregten Luftstrom bzw. durch die die Kühlrohre 23 durchfließende Kühlflüssigkeit herabgeführt.

6 und 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, mit dem Unterschied, daß die Oberseite 212 mit einer hoch thermisch leitenden Beschichtung 24 aus einem Nano-Kohlenstoff versehen ist. Alternativ dazu kann die Beschichtung 24 aus einem thermisch gut leitenden Metall besteht.

Die in 8 dargestellte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, daß die außenrandigen Erhebungen 22' in ihrer Höhe gegenüber die übrigen innen liegenden Erhebungen 22 erhöht sind. Dies erleichtert die Montierung des Ventilators 4.

9 illustriert eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die die Kombination der zweiten und der dritten Ausführungsform ist. Mit anderen Worten weist die Vorrichtung 2 sowohl eine thermisch gut leitende Beschichtung 24 auf ihrer Oberseite als auch eine erhöhte Umrandung 22' auf.

10 illustriert eine fünfte Ausführungsform, mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung 2 aus porösen keramischen Körnern 25 besteht, wobei die Körner 25 die gleiche oder unterschiedene Körngröße ausweisen können.

Schließlich stellt 11 eine sechste Ausführungsform der Erfindung dar, die eine Kombination der zweiten (mit Beschichtung 24) und der fünften Ausführungsform (mit porösen keramischen Körnern 25) ist.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines elektronischen Bauteils, die aus einem keramischen Material besteht und die auf ihrer Oberseite (212) eine durch Luftkanäle gebildete Strukturierung (22) aufweist und auf ihrer Unterseite (211) mit dem elektronischen Bauteil in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung aus eine Vielzahl von in parallelen Reihen hintereinander bestandet angeordneten Erhebungen (22) besteht, und daß in der unterhalb der Strukturierung (22) liegenden Grundplatte (21) eine Anzahl von Kühlrohren (23) für eine Kühlflüssigkeit eingebettet sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenrandigen Erhebungen (24') in ihrer Höhe gegenüber die übrigen innenliegenden Erhebungen (24) erhöht sind. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2) aus einer Vielzahl von keramischen Körnern (25) besteht. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) porös sind. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Körner (25) in ihrer Körngröße voneinander unterscheiden. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) in ihrer Körngröße gleich sind. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Körner (25) in ihrer Körngröße voneinander unterscheiden. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) in ihrer Körngröße gleich sind. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht.






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